Kehittämistutkimus: CERNin CMS-kokeen avoimen tutkimusdatan hyödyntäminen fysiikan laboratoriotyössä yliopistotasolla

Abstract

Tässä kehittämistutkimuksessa kehitettiin hiukkasfysiikan avointa tutkimusdataa hyödyntävä tietokoneella tehtävä laboratoriotyö fysiikan yliopisto-opetukseen. Tutkimuksella tavoiteltiin kolmenlaista tietoa: työn kehittämisessä kohdattavia haasteita ja valintoja, työn testatun version onnistumista fysiikan kokeellisena työnä sekä toimivan, avointa tutkimusdataa hyödyntävän työn kehittämisen suosituksia.

Teoreettisessa ongelma-analyysissa määritettiin kehittämisen tavoitteet, tarpeet ja haasteet, sekä nimettiin kehittämiseen liittyviä haasteita ja rajoitteita. Ensimmäisessä kehittämisvaiheessa laadittiin laboratoriotyön ensimmäinen versio. Kehittämisessä kohdattiin haasteita suuren datatiedoston käsittelyssä ja työn teknisessä toteutuksessa sekä valintoja ohjelmointiin ja sisältöön liittyen.

Toisessa ongelma-analyysissa työtä testattiin luonnontieteiden yliopisto-opiskelijoilla. Testauksista kerättiin aineistoa haastatteluiden, havainnoinnin ja kyselylomakkeiden avulla. Aineistoa analysoitiin teorialähtöisen sisällönanalyysin ja sisällön erittelyn keinoin. Analyysin perusteella työn ensimmäinen versio täytti tyydyttävästi tai melko hyvin neljä viidestä kokeellisten töiden tavoitekategorioista, ja jätti yhden kategorian täyttämättä.

Toisessa kehittämisvaiheessa työtä kehitettiin tulosten perusteella. Kehittämistuotoksena saatiin Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella käyttöön otettava laboratoriotyö, jossa tehdään yksinkertainen data-analyysi avoimella hiukkasfysiikan tutkimusdatalla. Kehittämistuotoksen lisäksi muodostettiin kehittämisen viitekehys tuleville opetusinterventioille. Viitekehyksen perusteella onnistuneen, hiukkasfysiikan avointa tutkimusdataa hyödyntävän laboratoriotyön kehittämiseen liittyviä suosituksia ovat mm. varautuminen kompromisseihin ohjelmoinnin määrässä, hiukkasfysiikan teorian ja oikeiden analyysikeinojen sisällyttäminen työhön sekä työn toteutus pareittain tai ohjaajan avustamana tehtäväksi. Lisäksi todettiin Python-kielen olevan teknisiltä ominaisuuksiltaan riittävä hiukkasfysiikan datan käsittelyyn.